ADI公司的在线数据转换器产品评估工具

作者：Jason Cockrell and Tom MacLeod

放下第三杯咖啡，你叹了口气拿起一堆规格。今天，您面临着一个熟悉的挑战：开发一个下一代平台，在难以置信的时间表上满足尖端要求，同时保持在不公正的微薄预算范围内，并微笑着完成这一切。您必须为项目选择合适的供应商，为了实现这些越来越艰巨的目标，您需要在核心产品的同时提供优质支持的供应商。

为了满足这些期望，ADI公司推出了模拟滤波器向导和ADC建模工具等支持软件。现在，ADI公司正在通过一款名为Virtual Eval的综合在线产品评估工具迈出下一步。Virtual Eval采用详细的软件模型来模拟关键部件的性能特征，而无需购买硬件。过度劳累的工程师可以配置各种操作条件和设备功能，以建立自定义用例。配置设置被调度到ADI公司的服务器以启动仿真工作。在几秒钟内，完成的仿真结果在浏览器窗口中显示为图形和性能指标。

虚拟评估可以解决各种各样的设计问题，以加快产品开发周期。本文的其余部分将介绍许多此类问题中的两个。在第一种数据采集场景中，您必须平衡吞吐速率和噪声性能，以选择合适的精密转换器。第二，在无线电接收器上工作时，您需要以最小的动态范围要求对一些频谱进行数字化，同时保持较低的整体系统功耗。在这两种情况下，虚拟评估都可以通过使用在线仿真来促进更快的设计决策，并更有信心。

问题#1

翻阅规范大部头，关键要求慢慢开始浮出水面：

4通道信号采集，±75 mV

18 位性能或更高

低于 –50 dB 的 40 Hz 抑制

建立时间为 50 ms，但越快越好

剧透预警！ADI公司的AD7193是适合这项工作的器件。正确选择器件的传统方法是利用产品数据手册中的规格来分析元件在各种滤波和应用条件下的性能。这种方法涉及大量的体力劳动，数据手册无法为各种客户感兴趣的频率选择和用例条件的每种可能组合提供性能规格。您真正需要的是像Virtual Eval这样的交互式工具，通过根据您的特定用例量身定制的自定义模拟来了解产品性能。

您看到的第一个屏幕是产品选择器。

图1.产品选择器。

在精密ADC下，找到AD7193。一键加载评估会话。

图2.AD7193功能框图

功能框图视图说明了AD7193的布局。图表的可单击组件在屏幕左侧的手风琴中显示相关的可配置设置。选择基准电压并观察 2.5 V 的 VREF。然后，选择PGA元件，并将PGA增益从128更改为32，允许模拟输入范围为±2.5 V/32 = ±78.125 mV。这满足了幅度规格。最后，单击“设置”列顶部的“运行”按钮。远程服务器运行一系列模拟，并将性能结果反馈给虚拟评估客户端。

要解释结果，请使用屏幕顶部附近的选项卡切换到波形视图。

图3.波形视图。

“结果”列包含仿真中计算的因变量，例如噪声和功率特性。峰峰值分辨率为18.531位，满足规格要求;但是，80.103 ms的建立时间则不然。

在精密转换器中，该建立时间是滤波器配置的函数。切换到 H（f） 响应视图可以深入了解产品的过滤性能。

图4.H（f） 响应视图。

规格要求在 40 Hz 时具有 –50 dB 的抑制能力，但实际抑制功率为 –131 dB！可以牺牲多余的剔除来改善稳定时间。若要回拨筛选，请在“设置”列中选择 ADC 元素，然后将 FS 从 96 更改为 48。为确保滤波器在 50 Hz 时的响应仍为零，请将平均值从 1 增加到 2。最后，将sinc阶数从4更改为3，以节省更多的建立时间。然后再次运行模拟。

图5.修改了 H（f） 响应。

50 Hz时的抑制现在约为–41 dB，满足规格要求。无法从数据手册中确定这一点，因为ADI公司未公布用于计算频率抑制的公式。只有交互式仿真才能使工程师在特定场景中直接验证产品性能。

切换回波形视图后发现，由于滤波减少，建立时间仅为40.103 ms，可轻松满足规格要求。

问题#2

贵公司的新平台必须数字化位于 50 MHz 的大约 354 MHz 频谱，信噪比为 72 dB。快进到使用RF ADC的设计选择AD9680。它具有1 GSPS的采样速率、片内数字下变频器和灵活的JESD204B串行接口。它的数据手册非常详细和彻底，但如前所述，它不可能解决所有潜在的用例。虚拟评估可以，因此您可以从AD9680产品页面打开它。

选择高速ADC类别，然后单击AD9680。

图6.产品选择器。

您将看到从“功能块图”视图开始的默认虚拟评估会话：

图7.AD9680功能框图

可见的是DDC和JESD204B，两者都是基于要求的好兆头。将单音输入频率设置为 354 MHz 以表示用例，然后按运行。

图8.使用 354 MHz 输入音进行频谱分析，禁用 DDC。

虚拟评估执行模拟和全光谱分析。在这种情况下，品质因数是 SNR。63.9 dB肯定是不够的，但这是可以补救的。将 DDC 从“已禁用”切换为“已启用”。这为数字信号处理提供了几个新的选项，以提高性能。

将 NCO 频率设置为 354 MHz，以便频谱正确居中。此外，将 C2R（复杂到真实）切换到启用。切换到实际值可将传输的数据量减半，从而降低ADC和FPGA之间的I/O功耗。再次按运行以查看新的模拟结果。

图9.使用 354 MHz 输入音进行频谱分析，启用 DDC。

输入音按预期居中。但是，在图形右侧附近有一个大的基本面图像。幸运的是，该规范只需要50 MHz的带宽，远低于目前数字化的500 MHz。这里的解决方案是减少所考虑的频谱，同时提高SNR并滤除图像。在“设置”列中，将 DDC 抽取率从 1 更改为 8，然后再次运行。这会将频谱降低到 500 MHz/ 8 = 62.5 MHz。

图 10.频谱分析，输入音为 354 MHz，DDC 已启用抽取。

基本图像被数字滤波掉，信噪比优于72 dB。由于转换器仅对62.5 MHz频谱进行数字化处理，因此ADC和FPGA之间的数据链路几乎是最佳的。

结论

Virtual Eval 提供了一种快速、方便、低风险的方式，通过在线仿真与产品进行虚拟交互。它说明了复杂的产品功能，并允许工程师辨别产品在定制操作条件下是否能够满足他们的要求。没有其他形式的产品评估体验可以通过 Web 浏览器的便利性实现相同级别的详细信息和交互性。

本演练仅演示了虚拟 Eval 上可用功能的一小部分。测试版网站通常会添加更多功能和更多产品。请借此机会通过亲自尝试虚拟评估来参与正在进行的开发过程。我们欢迎通过右下角的“反馈”选项卡提供任何和所有反馈。随着Virtual Eval的不断发展壮大，我们希望将在线仿真置于产品评估和设计过程的中心舞台。

审核编辑：郭婷